一種低地板集成式獨(dú)立懸架前橋總成的研究

黃詳　董澤偉　胡小生

摘 要：相對于傳統(tǒng)的獨(dú)立懸架車橋總成，本文應(yīng)用三維軟件設(shè)計(jì)一種低地板集成模塊式獨(dú)立懸架前橋總成，更適合匹配全承載式車身，下A型臂總成和左、右搖臂總成安裝在副車架總成上，進(jìn)行集成模塊化，減少整個(gè)系統(tǒng)和車身連接點(diǎn)數(shù)，提高系統(tǒng)安裝精度，又能保證懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的相對位置尺寸，進(jìn)一步提高前輪定位參數(shù)的準(zhǔn)確性。達(dá)到汽車能夠在路面上良好行駛，不易出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不回正、輪胎磨損和跑偏等問題。

關(guān)鍵詞：純電動客車;獨(dú)立懸架;轉(zhuǎn)向系統(tǒng);集成式

1 引言

隨著社會發(fā)展，城市公交車低地板化已經(jīng)普及，且隨著客車汽車技術(shù)的發(fā)展，全承載車身已經(jīng)也已經(jīng)普及到整個(gè)客車領(lǐng)域，甚至部分全承載車身已經(jīng)采用鋁合金結(jié)構(gòu)。但在匹配傳統(tǒng)的獨(dú)立懸架車橋總成時(shí)，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)低地板化，但該車橋總成和全承載式車身的聯(lián)接點(diǎn)數(shù)較多，且轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和獨(dú)立懸架系統(tǒng)分為兩個(gè)模塊單獨(dú)和車身進(jìn)行聯(lián)接，使得整個(gè)前橋總成的安裝精度和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與懸架系統(tǒng)相對位置尺寸都難于保證，導(dǎo)致整個(gè)車輛的四輪定位參數(shù)不能滿足設(shè)計(jì)要求，使得車輛在運(yùn)行過程中極易出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不回正、輪胎磨損和跑偏等諸多問題。

應(yīng)用三維軟件設(shè)計(jì)一種低地板集成模塊式獨(dú)立懸架前橋總成，包含獨(dú)立懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，獨(dú)立懸架系統(tǒng)的下A型臂總成內(nèi)側(cè)兩鉸接點(diǎn)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的左、右搖臂總成分別安裝在副車架總成上，副車架總成前后端再和車身聯(lián)接，即獨(dú)立懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)集成在一起，減少整個(gè)系統(tǒng)和車身聯(lián)接點(diǎn)數(shù)，提高系統(tǒng)安裝精度，又能保證兩系統(tǒng)的相對位置尺寸，進(jìn)一步提高前輪定位參數(shù)的準(zhǔn)確性。達(dá)到汽車能夠在路面上良好行駛，不易出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不回正、輪胎磨損和跑偏等問題。

2 獨(dú)立懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

獨(dú)立懸架的特點(diǎn)是同一個(gè)車橋上由兩個(gè)相互對立且左、右對稱的獨(dú)立懸架系統(tǒng)組成，每邊單獨(dú)和車身或副車架聯(lián)接。獨(dú)立懸架具有簧下質(zhì)量小，受到并傳遞給車身的沖擊載荷小，能夠使車輪與地面更好地保持接觸;由于車橋的左、右車輪單獨(dú)跳動，相互影響較小，可減小車身的傾斜和振動;具有更好的抗側(cè)傾性能等優(yōu)點(diǎn)。

目前市場前橋采用最多的是不等長雙橫臂獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)，這種 懸架結(jié)構(gòu)為獲得良好的綜合性能提高了廣泛的可能性。

如圖1所示，本文同樣采用不等長雙橫臂獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)，顯示的結(jié)構(gòu)示意圖為相互獨(dú)立且左、右對稱獨(dú)立懸架裝置，包含轉(zhuǎn)向節(jié)總成1，承載座總成2，下A型臂總成3，上A型臂總成4，減振器總成5，轉(zhuǎn)向節(jié)臂6，輪轂制動盤總成7，制動器總成8，主銷9，空氣彈簧總成10。

側(cè)傾中心的高度對操縱穩(wěn)定性和輪胎磨損都有一定的影響。側(cè)傾中心較高，趨近車身質(zhì)心，可以減小轉(zhuǎn)向時(shí)的側(cè)傾力臂，從而減小側(cè)傾力矩，使車身側(cè)傾角減小，有利于操縱穩(wěn)定性。但是，較高的側(cè)傾中心必然使車身側(cè)傾時(shí)輪距變化較大，趨于加劇輪胎磨損。

如圖2所示，本文設(shè)計(jì)的獨(dú)立懸架系統(tǒng)，上、下A型臂總成采用不等長結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，且平面和Y軸具有一定的夾角，既能滿足整車低地板寬通道的布置要求，又能使側(cè)傾中心離地具有一定的高度，提高整車抗側(cè)傾性，又不因過高的側(cè)傾中心導(dǎo)致車身側(cè)傾時(shí)輪距變化較大，導(dǎo)致輪胎磨損。

3 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是用來保持或改變汽車行駛方向的機(jī)構(gòu)，在汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。篇幅有限，本文只討論轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。汽車的轉(zhuǎn)向梯形有整體式和斷開式兩種，由于匹配獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)，要保證左、右車輪的跳動沒有互相影響，所以采用斷開式梯形結(jié)構(gòu)，該梯形結(jié)構(gòu)就是把普通梯形結(jié)構(gòu)的橫拉桿由整體式改為三段式的梯形結(jié)構(gòu)。

如圖3所示，本文所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)包含轉(zhuǎn)向節(jié)臂6，左橫拉桿總成11，中間拉桿總成12，右橫拉桿總成13，右搖臂總成14，左搖臂總成15，轉(zhuǎn)向直拉桿總成16。

如圖4所示，既要滿足Ackerman轉(zhuǎn)向幾何關(guān)系，又要保證整車能夠布置低地板和集成模塊式的實(shí)現(xiàn)，還要有一定離地間隙，滿足整車的通過性，給轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來非常大的困難。因選定常用輪胎后，在低地板高度360mm的要求下，還要滿足至少大于140mm的離地間隙，導(dǎo)致可設(shè)計(jì)空間較小。經(jīng)過多種方案設(shè)計(jì)，并在Adams軟件仿真分析對比后，最終設(shè)計(jì)成左、右搖臂總成的旋轉(zhuǎn)軸和Z向具有一定的角度，滿足Ackerman轉(zhuǎn)向幾何關(guān)系，也能夠?qū)崿F(xiàn)低地板和集成模塊化等優(yōu)點(diǎn)。

4 副車架總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖5所示，副車架總成17設(shè)計(jì)成焊接結(jié)構(gòu)件，主要是因不同車寬，導(dǎo)致副車架總成寬度（Y向尺寸）不一致，副車架總成的難于實(shí)現(xiàn)一致性，鑄件結(jié)構(gòu)無法滿足。該總成包含前后兩端平板17a，可用螺栓或焊接方式連接車身;左、右兩側(cè)設(shè)有4個(gè)支座17b用于連接左、右下A型臂總成，還在兩側(cè)設(shè)有2個(gè)搖臂座17c用于連接左、右搖臂總成。

5 集成模塊式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖6所示獨(dú)立懸架前橋總成為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)布置車橋前方，左、右搖臂總成連接車身的兩點(diǎn)A1離懸架系統(tǒng)下A型臂總成的4點(diǎn)A3較遠(yuǎn)，不利于兩系統(tǒng)相對位置尺寸的控制。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中連接左、右橫拉桿的2點(diǎn)A2離下A型臂總成比較近，因左、右搖臂總成在汽車轉(zhuǎn)向過程中需要旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致車身連接下A型臂總成的縱梁設(shè)計(jì)比較困難，剛度也不易保證。下A型臂總成和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)連接車身總共需要6個(gè)位置，集成度不高，不利于尺寸保證。

圖7所示獨(dú)立懸架前橋總成結(jié)構(gòu)為本文設(shè)計(jì)方案，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)布置在車橋中部，左搖臂總成15、右搖臂總成14和下A型臂總成3全部安裝在副車架總成17上，副車架總成17再和車身連接，由原來的6個(gè)位置連接集成為2個(gè)位置17a連接，再加上副車架總成17采用工裝一次性焊接成型，系統(tǒng)尺寸比較容易保證。兩系統(tǒng)同時(shí)裝配在副車架總成上，整體集成度比較高，有利于提高前輪定位參數(shù)的準(zhǔn)確性。達(dá)到汽車能夠在路面上良好行駛性能，不易出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不回正，輪胎磨損和跑偏等問題。

6 獨(dú)立懸架前橋總成的工作過程

如圖8所示，懸架系統(tǒng)中的承載座總成2通過主銷9與轉(zhuǎn)向節(jié)總成1連接，輪轂制動盤總成7和制動器總成8通過內(nèi)腔的輪轂軸承單元安裝在轉(zhuǎn)向節(jié)總成1上，車輪連接在輪轂制動盤總成7上，可實(shí)現(xiàn)汽車的行駛及制動功能;空氣彈簧總成10下端固定在承載座總成2的頂端，另一端連接在車身上，可實(shí)現(xiàn)汽車的承載功能;減振器總成5下端安裝在承載座總成2上，另一端連接在車身上，可實(shí)現(xiàn)汽車的減振功能;上A型臂總成4和下A型臂總成3一端分別通過銷軸連接在承載座總成2上， 承載座總成2就可以繞銷軸靈活轉(zhuǎn)動，可實(shí)現(xiàn)汽車車輪的上、下跳動功能。上A型臂總成4和下A型臂總成3另一端分別連接在車身和副車架總成17上，承擔(dān)車輪和車身之間傳遞所有的力和力矩功能。在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，左搖臂總成15和右搖臂總成14的一端分別通過銷軸聯(lián)接在副車架總成17上，另一端還分別通過左轉(zhuǎn)向橫拉桿11和右轉(zhuǎn)向橫拉桿13與轉(zhuǎn)向節(jié)臂6聯(lián)接，兩搖臂總成中間部分還通過中間橫拉桿總成12相互聯(lián)接，轉(zhuǎn)向直拉桿總成16一端連接左搖臂總成15，另一端和方向機(jī)連接，從而實(shí)現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向功能。

7 結(jié)論

通過以上方案設(shè)計(jì)，本文設(shè)計(jì)的低地板集成模塊式獨(dú)立懸架前橋總成，相對于傳統(tǒng)獨(dú)立懸架前橋總成，在滿足低地板為前提，下A型臂總成和搖臂總成同時(shí)裝配在副車架總成上，進(jìn)行高度集成化，減少裝配點(diǎn)數(shù)，有利于系統(tǒng)尺寸控制，保證安裝精度，提高前輪定位參數(shù)的準(zhǔn)確性。達(dá)到汽車能夠在路面上良好行駛，不易出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不回正，輪胎磨損和跑偏等問題的目的，并為后續(xù)獨(dú)立懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)集成化方案提供一定的參考價(jià)值。如圖9所示，為參考本文設(shè)計(jì)產(chǎn)品的一種應(yīng)用案例。

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